Mikä on harvinaisten maametallien oksidien vaikutus keraamisissa pinnoitteissa?

Keramiikka, metallimateriaalit ja polymeerimateriaalit on lueteltu kolmena tärkeimpänä kiinteänä materiaalina. Keramiikassa on monia erinomaisia ​​ominaisuuksia, kuten korkean lämpötilan kestävyys, korroosionkestävyys, kulutuskestävyys jne., koska keramiikan atomisidostapa on ionisidos, kovalenttinen sidos tai sekoitettu ioni-kovalenttinen sidos, jolla on korkea sidosenergia. Keraaminen pinnoite voi muuttaa alustan ulkopinnan ulkonäköä, rakennetta ja suorituskykyä, pinnoite-substraattikomposiitti suositaan sen uuden suorituskyvyn vuoksi. Se voi orgaanisesti yhdistää alustan alkuperäiset ominaisuudet korkean lämpötilan kestävyyden, korkean kulutuskestävyyden ja keraamisten materiaalien korkean korroosionkestävyyden ominaisuuksiin ja antaa täyden pelin kahdentyyppisten materiaalien kattaville eduille, joten sitä käytetään laajalti ilmailussa. , ilmailu, maanpuolustus, kemianteollisuus ja muut teollisuudenalat.

Harvinaista maametallia kutsutaan uusien materiaalien "aarrekammioksi" sen ainutlaatuisen 4f-elektroniikkarakenteen sekä fysikaalisten ja kemiallisten ominaisuuksien vuoksi. Puhtaita harvinaisia ​​maametalleja käytetään kuitenkin harvoin suoraan tutkimuksessa ja enimmäkseen käytetään harvinaisten maametallien yhdisteitä. Yleisimmät yhdisteet ovat CeO2, La2O3, Y2O3, LaF3, CeF, CeS ja harvinaisten maametallien ferrosilikoni. Nämä harvinaisten maametallien yhdisteet voivat parantaa keraamisten materiaalien ja keraamisten pinnoitteiden rakennetta ja ominaisuuksia.

Harvinaisten maametallien oksidien käyttö keraamisissa materiaaleissa

Harvinaisten maametallien lisääminen stabilisaattoreina ja sintrausaine eri keramiikkaan voi alentaa sintrauslämpötilaa, parantaa joidenkin rakennekeramiikan lujuutta ja sitkeyttä ja siten alentaa tuotantokustannuksia. Samaan aikaan harvinaisten maametallien elementeillä on myös erittäin tärkeä rooli puolijohdekaasuantureissa, mikroaaltouunissa, pietsosähköisessä keramiikassa ja muussa toiminnallisessa keramiikassa. Tutkimuksessa havaittiin, että kahden tai useamman harvinaisen maametallin oksidin lisääminen alumiinioksidikeramiikkaan yhdessä on parempi kuin yhden harvinaisen maametallin oksidin lisääminen alumiinioksidikeramiikkaan. Optimointitestin jälkeen Y2O3+CeO2:lla on paras vaikutus. Kun 0,2 % Y2O3+0,2 % CeO2 lisätään lämpötilassa 1490 ℃, sintrattujen näytteiden suhteellinen tiheys voi nousta 96,2 %:iin, mikä ylittää näytteiden tiheyden minkä tahansa harvinaisen maametallin oksidilla Y2O3 tai CeO2 yksinään.

La2O3+Y2O3, Sm2O3+La2O3 sintraamista edistävä vaikutus on parempi kuin pelkän La2O3:n lisääminen, ja kulutuskestävyys on selvästi parempi. Se osoittaa myös, että kahden harvinaisen maametallin oksidin sekoittaminen ei ole yksinkertainen lisäys, vaan niiden välillä on vuorovaikutusta, mikä on hyödyllisempää alumiinioksidikeramiikan sintrautumisen ja suorituskyvyn parantamisen kannalta, mutta periaatetta on vielä tutkittava.

Lisäksi on havaittu, että harvinaisten maametallien seosten lisääminen sintraus-AIDS:ksi voi parantaa materiaalien kulkeutumista, edistää MgO-keramiikan sintrausta ja parantaa tiheyttä. Kuitenkin, kun sekametallioksidin pitoisuus on yli 15 %, suhteellinen tiheys pienenee ja avoin huokoisuus kasvaa.

Toiseksi harvinaisten maametallien oksidien vaikutus keraamisten pinnoitteiden ominaisuuksiin

Nykyiset tutkimukset osoittavat, että harvinaiset maametallit voivat jalostaa raekokoa, lisätä tiheyttä, parantaa mikrorakennetta ja puhdistaa rajapintaa. Sillä on ainutlaatuinen rooli keraamisten pinnoitteiden lujuuden, sitkeyden, kovuuden, kulutuskestävyyden ja korroosionkestävyyden parantamisessa, mikä parantaa keraamisten pinnoitteiden suorituskykyä jossain määrin ja laajentaa keraamisten pinnoitteiden käyttöaluetta.

1

Keraamisten pinnoitteiden mekaanisten ominaisuuksien parantaminen harvinaisten maametallien oksideilla

Harvinaisten maametallien oksidit voivat parantaa merkittävästi keraamisten pinnoitteiden kovuutta, taivutuslujuutta ja vetolujuutta. Kokeelliset tulokset osoittavat, että pinnoitteen vetolujuutta voidaan parantaa tehokkaasti käyttämällä Lao _ 2:ta lisäaineena Al2O3+3% TiO _ 2 -materiaalissa ja vetosidoksen lujuus voi olla 27,36 MPa, kun Lao _ 2 -määrä on 6,0 %. Kun Cr2O3-materiaaliin lisätään CeO2:ta, jonka massaosuus on 3,0 % ja 6,0 %, pinnoitteen vetolujuus on välillä 18-25 MPa, mikä on suurempi kuin alkuperäinen 12-16 MPa. Kuitenkin, kun CeO2-pitoisuus on 9,0 %, vetolujuus sidoslujuus laskee 12-15 MPa:iin.

2

Harvinaisen maametallin keraamisen pinnoitteen lämpösokinkestävyyden parantaminen

Lämpösokinkestävyystesti on tärkeä testi, joka kuvaa laadullisesti pinnoitteen ja alustan välistä sidoslujuutta sekä pinnoitteen ja alustan välisen lämpölaajenemiskertoimen yhteensopivuutta. Se heijastaa suoraan pinnoitteen kykyä vastustaa kuoriutumista, kun lämpötila muuttuu vuorotellen käytön aikana, ja heijastaa myös pinnoitteen kykyä vastustaa mekaanista iskuväsymistä ja kiinnittymiskykyä alustaan ​​sivulta. Siksi se on myös keskeinen tekijä arvioitaessa keraamisen pinnoitteen laatu.

Tutkimus osoittaa, että 3,0 % CeO2:n lisääminen voi vähentää pinnoitteen huokoisuutta ja huokoskokoa sekä vähentää jännityspitoisuutta huokosten reunassa, mikä parantaa Cr2O3-pinnoitteen lämpöiskun kestävyyttä. Al2O3-keraamisen pinnoitteen huokoisuus kuitenkin pieneni, ja pinnoitteen sitoutumislujuus ja lämpöshokkien kestoikä kasvoivat selvästi LaO2:n lisäämisen jälkeen. Kun LaO2:n lisäysmäärä on 6 % (massaosuus), pinnoitteen lämpöshokin kestävyys on paras ja lämpöshokin kestoaika voi olla 218 kertaa, kun taas pinnoitteen lämpöshokin kestoikä ilman LaO2:ta on vain 163 kertaa.

3

Harvinaisten maametallien oksidit vaikuttavat pinnoitteiden kulutuskestävyyteen

Keraamisten pinnoitteiden kulutuskestävyyden parantamiseen käytetyt harvinaiset maametallioksidit ovat enimmäkseen CeO2 ja La2O3. Niiden kuusikulmainen kerrosrakenne voi osoittaa hyvän voitelutoiminnon ja säilyttää vakaat kemialliset ominaisuudet korkeassa lämpötilassa, mikä voi tehokkaasti parantaa kulumiskestävyyttä ja vähentää kitkakerrointa.

Tutkimus osoittaa, että pinnoitteen kitkakerroin sopivalla määrällä CeO2 on pieni ja vakaa. On raportoitu, että La2O3:n lisääminen plasmaruiskutettuun nikkelipohjaiseen kermettipinnoitteeseen voi ilmeisesti vähentää kitkakulumista ja pinnoitteen kitkakerrointa, ja kitkakerroin on vakaa vähäisellä vaihtelulla. Pinnoitekerroksen, jossa ei ole harvinaista maametallia, kulutuspinnassa on vakavaa tarttuvuutta ja hauraita murtumia ja halkeiluja. Harvinaisia ​​maametallia sisältävä pinnoite kuitenkin tarttuu huonosti kuluneeseen pintaan, eikä siinä ole merkkejä laaja-alaisesta hauraasta halkeilusta. Harvinaisten maametallien seostetun pinnoitteen mikrorakenne on tiheämpi ja tiiviimpi ja huokoset pienenevät, mikä vähentää mikroskooppisten hiukkasten keskimääräistä kitkavoimaa ja vähentää kitkaa ja kulumista. Harvinaisen maametallin doping voi myös lisätä kermettien kidetason etäisyyttä. vuorovaikutusvoiman muutokseen kahden kidepinnan välillä ja vähentää kitkakerrointa.

Yhteenveto:

Vaikka harvinaisten maametallien oksidit ovat saavuttaneet suuria saavutuksia keraamisten materiaalien ja pinnoitteiden levittämisessä, jotka voivat parantaa tehokkaasti keraamisten materiaalien ja pinnoitteiden mikrorakennetta ja mekaanisia ominaisuuksia, on vielä monia tuntemattomia ominaisuuksia, erityisesti kitkan ja kulumisen vähentämisessä. materiaalien lujuus ja kulutuskestävyys yhdessä voiteluominaisuuksiensa kanssa on noussut tärkeäksi keskustelun arvoiseksi suunnaksi tribologian alalla.

Puh: +86-21-20970332Sähköposti：info@shxlchem.com